Analytical evaluation of paper degradation

The aim of this work was in first place to define a methodology for the use of Py-GC/MS as a characterization technique for the organic compounds present in paper samples containing foxing stains, paper have a complex structure and mostly consist with cellulose fibers. Additionally, it was intent to characterize paper samples containing foxing stains with a batch of non-destructive analytical techniques. The work intent to deepen our knowledge on foxing stains, its chemical nature and morphological aspects. For characterization of the morphology of paper samples and foxing stains was used photography under different illuminations and optical microscopy. The presence of fibers disruption was observed with scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS), and also the nature of the fillers that is present in different areas. Attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR) was used for identification of the sizing agents, determination of the chemical composition of additives that were used for production of paper, and comparison between foxing stains and unfoxed areas was allowed. Micro X-ray diffraction was used to evaluate the crystalline fillers in the sample. Pyrolysis-Gas Chromatography/Mass Spectrometry (Py-GC/MS was used for chemical analysis to identify the organic components and different classes of organic compounds; Resumo: O objetivo deste trabalho foi definir, em primeiro lugar, uma metodologia para o uso de Py-GC / MS como técnica de caracterização dos compostos orgânicos presentes em amostras de papel contendo manchas de foxing, o papel tem uma estrutura complexa e consiste principalmente com fibras de celulose. Além disso, pretendia caracterizar amostras de papel contendo manchas de raposas com técnicas analíticas não destrutivas. Para a caracterização da morfologia das amostras de papel e das manchas de foxing foi usada fotografia sob diferentes iluminações e microscopia óptica. A presença de fibras de ruptura foi observada por microscopia electrónica de varrimento juntamente com espectroscopia dispersiva de energia (EDS-SEM), assim como a natureza dos materiais de enchimento que está presente em diferentes áreas. Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier em modo de reflexão total atenuada (ATR-FTIR) foi utilizada na identificação dos agentes de colagem, e na determinação da composição química de aditivos usados na produção de papel, e a comparação entre foxing manchas e áreas unfoxed foi deixada. Micro difracção de raios X foi usada para avaliar o enchimentos cristalinos na amostra. Cromatografia pirólise-gasosa / espectrometria de massa (Py-GC / MS) foi utilizada para análise química para identificar os componentes orgânicos e diferentes classes de compostos orgânicos.

Morphological and chemical characterization of tintypes and ambrotypes

The present work was done on two ambrotypes and two tintypes. It aimed evaluate their chemical and physical characteristics, especially their degradation patterns. Moreover, to understand the materials used for their production and cross-check analytical and historical information about the production processes. To do so multi-analytical, non-destructive methods were applied. Technical photography highlighted the surface morphology of the objects and showed the distribution of the protective coatings on their surfaces through UV radiation, which were very different between the four pieces. OM allowed for a detailed observation of the surfaces along with the selection of areas of interest to be analysed with SEM-EDS. SEM-EDS was the technique used most extensively and the one that provided the most insightful results: it allowed to observe the morphology of the image forming particles and the differences between highlights, dark areas and the interfaces between them. Also, elemental point analysis and elemental maps were used to identify the image forming particles as silver and to detect the presence of compounds related to the production, particularly gold used to highlight jewellery, iron as the red pigment and traces of the compounds used in the photographic process containing Ag, I, Na and S . Also, some degradation compounds were analysed containing Ag, Cu, S and Cl. With μ-FT-IR the presence of collodion was confirmed and the source of the protective varnishes was identified, particularly mastic and shellac, in either mixtures of the two or only one. μ-Raman detected the presence of metallic silver and silver chloride on the objects and identified one of the red pigments as Mars red. Finally, μ-XRD showed the presence of metallic silver and silver iodide on both ambrotypes and tintypes and hematite, magnetite and wuestite on the tintypes; RESUMO: O presente estudo foi desenvolvido sobre dois ambrótipos e dois ferrótipos. O propósito consiste em estudar as suas características químicas e físicas, dando particular ênfase aos padrões de degradação. Também é pretendido compreender os materiais usados na sua produção e relacionar esta informação analítca com dados históricos de manuais técnicos contemporâneos à produção dos objectos. Para tal foram utilizadas técnicas multi-analíticas e não destrutivas. O uso da fotografia técnica permitiu uma observação da morfologia das superficies dos objectos e da distribuição das camadas de verniz através da radiação UV, muito diferente entre os quatro. A microscopia óptica proporcionou uma observação detalhada das superfícies assim como a selecção de pontos de interesse para serem analisados com SEM-EDS. SEM-EDS foi a técnica usada mais extensivamente e a que proporcionou os resultados mais detalhados: observação da morofologia das partículas formadoras da imagem e as diferenças entre zonas de altas luzes, baixas luzes e as interfaces entre elas. A análise elemental e os mapas elementares foram usados para detectar prata nas partículas formadoras da imagem e a presença de compostos relacionados com a produção, em particular ouro utilizado para realçar joalharia, ferro no pigmento vermelho e vestígios de compostos utilizados no processo fotográfico incluindo Ag, I, Na e S. Do mesmo modo, alguns compostos de degradação foram analisados contendo Ag, Cu, S e Cl. Com μ-FT-IR a presença de colódio foi confirmada e identificada a origem dos vernizes, mástique e goma-laca, tanto em misturas dos dois como apenas um. Com μ-Raman foi detectada a presença de prata metálica e de cloreto de prata e identificado um dos pigmentos vermelhos como Mars red. Finalmente, μ-DRX revelou a presença de prata metálica e iodeto de prata tanto nos ambrótipos como nos ferrótipos e hematite, magnetite e wuestite nos ferrótipos.